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原文传递基于环境振动的桥梁结构柔度识别与性能评估

论文题名：	基于环境振动的桥梁结构柔度识别与性能评估
关键词：	环境振动;参数识别;挠度预测;柔度识别;桥梁结构
摘要：	环境振动测试是结构健康监测的一种主要手段，它直接利用风荷载、车辆荷载和地脉动等自然环境条件激励桥梁结构，相比较于传统的有输入输出的冲击振动测试，不需要额外的激励设备激振桥梁结构，具有方便快捷，节约实验成本的优点。但是，现有的环境振动测试数据处理方法只能得到结构的基本模态参数，如:固有频率、阻尼比和未缩放振型，不能有效的支持结构的维护管理与安全决策，因此，如何从环境振动测试中获取结构的深层次参数是一个亟待解决的问题。本论文重点研究从环境振动测试中识别结构的未缩放位移柔度、缩放位移柔度、缩放应变柔度和静载下的变形等深层次参数，本论文的主要研究内容及创新点如下所示: 　　(1)首先对现有的从环境振动测试数据中识别结构模态参数的方法进行了综述，重点对从环境振动测试数据中获取结构自由衰减曲线的预处理方法（随机减量法和自然激励法）和利用自由衰减曲线识别结构模态参数的频域方法(复模态指示函数(CMIF)和PolyMAX)的理论进行了详细介绍; 　　(2)从动力学基本方程出发，推导了从环境振动测试中估计的未缩放频响函数与从冲击振动测试中估计的缩放频响函数之间的幅值关系，并提出了从环境振动测试数据中识别结构的未缩放位移柔度的方法，该方法可以预测结构在任意静力荷载的相对变形分布，对工程师了解结构的刚度分布有重要的意义; 　　(3)基于桥梁结构的有限元模型和环境振动测试下的基本模态参数，进一步计算结构的振型缩放系数和缩放位移柔度矩阵，利用缩放位移柔度矩阵预测结构在任意静力荷载下的变形，具有方便快捷，减少实验成本的优点，并用三跨混凝土连续箱型梁桥的现场测试数据进行了验证; 　　(4)创新性的提出了基于质量改变的缩放位移柔度识别方法，该方法直接利用现场测试得到的原始结构和修改结构的环境振动响应，在得到结构的自由衰减曲线之后，利用频域方法(CMIF)识别结构在两种状态下的基本模态参数，进而计算结构的质量归一化振型系数和缩放的位移柔度矩阵，预测结构在任意静力荷载下的真实变形状态，所提出方法用三跨混凝土连续箱型梁桥进行了验证，预测结果与冲击振动和静载实验的测量结果比较接近，表明该方法可以从环境振动测试数据中得到精确可靠的结果; 　　(5)基于先进的长标距应变传感技术，创新性的提出了从环境振动测试下的长标距应变响应中同时识别结构的缩放应变柔度矩阵和缩放位移柔度的方法，该方法利用一种传感器可以实现结构多种参数的同时识别，如:固有频率、阻尼比、应变振型、位移振型、缩放应变柔度和缩放位移柔度等，利用多种参数多方面对结构的安全状态进行评估，具有结果更加可靠的特点，方法的有效性用一个简支网格结构进行了验证; 　　根据上诉提出的方法，不仅可以从环境振动测试数据中识别结构的基本动力参数，还可以从环境振动测试数据中识别得到结构深层次参数。所得结果一方面可以用来判断结构的损伤状态;另一方面，利用识别得到的缩放位移/应变柔度矩阵乘以作用在指定控制截面的静力荷载向量，便可以得到结构的竖向挠度/应变，从而结合规范对结构的安全状态进行评估，有效的支持桥梁的维护管理与决策。
作者：	田永丁
专业：	土木工程；结构工程
导师：	张建
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文